金屬材料在工程領(lǐng)域中扮演著重要的角色，然而在使用過(guò)程中，由于外部環(huán)境和載荷作用等因素的影響，金屬材料往往會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷，這將導(dǎo)致材料失效甚至引發(fā)事故。因此，研究金屬材料的疲勞性能及其疲勞壽命是非常必要的。
金屬旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)是一種常用的疲勞試驗(yàn)方法，該方法主要用于評(píng)估金屬材料在旋轉(zhuǎn)彎曲載荷作用下的疲勞性能。該試驗(yàn)方法能夠模擬金屬材料在實(shí)際使用中的受力情況，具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、機(jī)械制造等領(lǐng)域。
本文科準(zhǔn)測(cè)控小編將介紹金屬旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法的原理、設(shè)備、操作步驟和數(shù)據(jù)處理方法。
一、測(cè)試原理
1、原理
試樣旋轉(zhuǎn)并承受一彎矩，產(chǎn)生彎矩的力F恒定不變且不轉(zhuǎn)動(dòng)。試樣可裝成懸臂，在一點(diǎn)或兩點(diǎn)加力,或裝成橫梁，在四點(diǎn)加力。試驗(yàn)一直進(jìn)行到試樣失效或超過(guò)預(yù)定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
注：失效——試樣出現(xiàn)肉BS可見(jiàn)疲勞裂紋或斷裂。在特殊應(yīng)用中，可用試樣的塑性變形成裂紋擴(kuò)展速率確定試驗(yàn)的終止。
2、測(cè)試相關(guān)內(nèi)容
a、疲勞——材料在交變應(yīng)力或應(yīng)變作用下，產(chǎn)生局部累積損傷，經(jīng)一定循數(shù)而失效。
b、疲勞壽命，N——在規(guī)定應(yīng)力或應(yīng)變作用下，材料失效前所經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)。
c、S-N曲線圖——應(yīng)力與疲勞壽命的關(guān)系曲線圖形。
d、應(yīng)力比，R——最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值，（見(jiàn)圖1）。
e、疲勞極限——對(duì)應(yīng)于規(guī)定循環(huán)次數(shù)的中值疲勞強(qiáng)度。
f、疲勞極限——當(dāng)N為無(wú)窮大時(shí)的中值疲勞強(qiáng)度。
g、理論應(yīng)力集中系數(shù)，Kt——根據(jù)彈性理論計(jì)算的應(yīng)力集中區(qū)最大應(yīng)力與該區(qū)標(biāo)稱應(yīng)力的比值。
h、存活率，P——疲勞壽命高于規(guī)定值的百分率。
二、測(cè)試儀器
可用不同類型旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，但應(yīng)滿足如下要求：
Pin
1、所施彎矩誤差不大于土1%。
2、將檢驗(yàn)棒裝于試驗(yàn)機(jī)上，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)主軸，用百分表沿檢驗(yàn)棒的試驗(yàn)部分或沿其自由端測(cè)得的徑向跳動(dòng)量不大于0.02mm。裝上標(biāo)準(zhǔn)試樣空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在主軸筒加力部位測(cè)得的徑向跳動(dòng)量最小于0.06mm。
3、初始彎矩應(yīng)盡可能小。對(duì)于最大彎矩大于3kgf?m(29.4N?m)的純彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，其初始彎矩不大于最大彎矩的10%，對(duì)于最大彎矩小于3kgf?m(29.4N?m)的純彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)，其初始彎矩不大于最大彎矩的5%。
4、試驗(yàn)速度范圍為900~10000rpm,并分級(jí)或無(wú)級(jí)連續(xù)可調(diào)。
三、測(cè)試流程
1、試樣的制備
試樣形狀如圖2~8所示，可為圓柱形、圓錐形和漏斗形，其試驗(yàn)截面均為圓形。
試驗(yàn)部分形狀應(yīng)根據(jù)所用試驗(yàn)機(jī)的加力方式設(shè)計(jì)，夾持部分形狀應(yīng)根據(jù)所用試驗(yàn)機(jī)的夾持方式設(shè)計(jì)。各種情況下試樣所承受的彎矩M圖和標(biāo)稱應(yīng)力S圖如圖2~8所示。
2、操作步驟
1）安裝試樣
將試樣裝入試驗(yàn)機(jī)，牢固夾緊，并使其與試驗(yàn)機(jī)主軸保持良好同軸。當(dāng)用手慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)主軸時(shí)，用百分表在純彎曲試驗(yàn)機(jī)的主軸上或在懸臂彎曲試驗(yàn)機(jī)中試樣自由端上測(cè)得的徑向跳動(dòng)量均應(yīng)不大于0.03mm。啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)后，空載正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在主軸筒加力部位測(cè)得的徑向跳動(dòng)量應(yīng)不大于0.06mm。加力前，必須檢定上述值，使之符合要求。裝樣時(shí)切忌接觸試樣試驗(yàn)部分表面。
2）獲得試驗(yàn)速度
開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，并使試驗(yàn)速度達(dá)規(guī)定值。
推薦試驗(yàn)速度范圍為900~10000rpm。同一批試驗(yàn)的試驗(yàn)速度應(yīng)相同。不得采用引起試樣共振的試驗(yàn)速度。
3）加力
以遞増或連續(xù)的方式，平穩(wěn)而無(wú)沖擊地將力加到規(guī)定值。
4）終止試驗(yàn)
試驗(yàn)一直進(jìn)行到試樣失效或達(dá)規(guī)定循環(huán)次數(shù)時(shí)終止。試驗(yàn)原則上不得中斷。
試樣失效如發(fā)生在最大應(yīng)力部位之外、或斷口有明顯缺陷、或中途停試產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)，則試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。
5）測(cè)定條件疲勞極限
采用升降法測(cè)定條件疲勞極限。有效的試樣數(shù)量一般在十三根以上。應(yīng)力增量一般為預(yù)計(jì)條件疲勞極限的3~5%。試驗(yàn)一般在3~5級(jí)應(yīng)力水平下進(jìn)行。第-根試樣的應(yīng)力水平應(yīng)略高于預(yù)計(jì)的條件疲勞極限。根據(jù)上一根試樣的試驗(yàn)結(jié)果（破壞或通過(guò)），決定下一根試樣的應(yīng)力（降低或升高），直至完成全部試驗(yàn)。第一對(duì)相反結(jié)果以前的數(shù)據(jù)，如在以后數(shù)據(jù)的應(yīng)力波動(dòng)范圍之內(nèi)，則作為有效數(shù)據(jù)加以利用，即在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)陸續(xù)將它們平移到第一對(duì)相反結(jié)果之后，作為該試樣所在應(yīng)力水平下的第-個(gè)有效數(shù)據(jù)。
條件疲勞極限按下式計(jì)算：
6）測(cè)定S-N曲線
測(cè)定S-N曲線時(shí)，通常至少取4~5級(jí)應(yīng)力水平。用升降法測(cè)得的條件疲勞極限作為S-N曲線的低應(yīng)力水平點(diǎn)。其他3~4級(jí)較高應(yīng)力水平下的試驗(yàn)，則用成組試驗(yàn)法，每組試樣數(shù)量的分配，取決于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散度和所要求的置信度，并一般隨應(yīng)力水平的降低而逐漸増加，通常一組需五根左右試樣。
用上述方法測(cè)定的S-N曲線認(rèn)為具有50%的存活率。
3、試驗(yàn)結(jié)果的表示方法
試驗(yàn)結(jié)果以下列兩種方法表示
1）列表法
表中應(yīng)包括如下內(nèi)容：
試驗(yàn)順序、試樣號(hào)、試樣形狀尺寸及表面光潔度、試驗(yàn)應(yīng)力、經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)、成組法測(cè)得的平均疲勞壽命或升降法測(cè)得的條件疲勞極限。
2）圖示法
S-N曲線圖是常用的一種圖示疲勞試驗(yàn)結(jié)果的方法，其繪制方法如下：
以最大應(yīng)力或?qū)?shù)最大應(yīng)力為縱座標(biāo)，以對(duì)數(shù)疲勞壽命為橫座標(biāo)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)一一標(biāo)注在取對(duì)數(shù)或雙對(duì)數(shù)座標(biāo)紙上，用直線或曲線進(jìn)行最佳擬合，即成S-N曲線圖，如圖11所示。在S-N曲線圖中，應(yīng)注明材料牌號(hào)、試樣形狀尺寸、表面質(zhì)最（光潔度等）、抗張強(qiáng)度、試驗(yàn)速度、試?yán)L環(huán)境氣氛等。
以上就是小編介紹的金屬旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)的檢測(cè)設(shè)備和測(cè)試流程等內(nèi)容，希望可以給大家?guī)?lái)幫助！如果您還想了解更多關(guān)于金屬材料三點(diǎn)彎曲疲勞測(cè)試法、軸承鋼旋轉(zhuǎn)疲勞測(cè)試性能和旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強(qiáng)度等問(wèn)題，歡迎您關(guān)注我們，也可以給我們私信和留言，科準(zhǔn)測(cè)控技術(shù)團(tuán)隊(duì)為您免費(fèi)解答！
